8051片上可編程系統(tǒng)原理及應(yīng)用

前言

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展和芯片集成度的提高，越來越多的廠商開始提供在單芯片上實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的解決方案，即基于PSoC的解決方案。這種解決方案提高了設(shè)計(jì)的可靠性，縮短了系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期，降低了設(shè)計(jì)成本，極大地滿足了市場對產(chǎn)品競爭力的要求。作為全球知名的半導(dǎo)體公司——美國Cypress公司，率先在業(yè)界實(shí)現(xiàn)了完全意義上的PSoC解決方案，即在單芯片上實(shí)現(xiàn)了MCU、數(shù)字和模擬系統(tǒng)的高度集成。PSoC技術(shù)的不斷發(fā)展，將大大推動(dòng)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的創(chuàng)新，并且對未來嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域帶來深遠(yuǎn)的影響。Cypess的PSoC3集成了8051CPU核。這種集成8051CPU的片上可編程系統(tǒng)，大大拓寬了MCU的應(yīng)用領(lǐng)域，使得MCU煥發(fā)出新的生命力。本書全面系統(tǒng)地介紹了Cypress公司的PSoC3可編程片上系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。通過介紹其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)流程，使讀者能全面地掌握PSoC的體系結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方法。本書主要包括以下17部分。（1）PSoC設(shè)計(jì)導(dǎo)論部分。該部分內(nèi)容包括微控制器基礎(chǔ)、可編程片上系統(tǒng)PSoC概述、PSoC3設(shè)計(jì)流程、PSoC3的結(jié)構(gòu)及功能、PSoC3器件概述等內(nèi)容。（2）PSoC3CPU子系統(tǒng)部分。該部分內(nèi)容包括PSoC3CPU內(nèi)核功能單元、PSoC3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和地址空間、DMA和PHUB結(jié)構(gòu)及功能、中斷控制器結(jié)構(gòu)及功能等內(nèi)容。（3）PSoC3CPU指令系統(tǒng)部分。該部分內(nèi)容包括PSoC3CPU尋址模式、PSoC3CPU指令集、匯編語言編程模型等內(nèi)容。（4）PSoC3公共資源部分。該部分內(nèi)容包括時(shí)鐘管理、電源管理、復(fù)位、I/O系統(tǒng)和布線資源等內(nèi)容。（5）PSoC編程和調(diào)試接口功能部分。該部分內(nèi)容包括測試控制器、8051片上調(diào)試、非易失性存儲(chǔ)器編程等內(nèi)容。（6）基于PSoCCreator的程序設(shè)計(jì)部分。該部分內(nèi)容包括PSoCCreator軟件功能、GPIO控制程序的設(shè)計(jì)、中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì)等內(nèi)容。（7）定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和PWM模塊部分。該部分內(nèi)容包括定時(shí)器模塊、計(jì)數(shù)器模塊、PWM模塊、PWM控制LED顯示的實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容。（8）LCD顯示驅(qū)動(dòng)模塊部分。該部分內(nèi)容包括LCD的工作原理、LCD驅(qū)動(dòng)接口概述、LCD操作、段式LCD顯示的實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容。（9）I2C總線模塊部分。該部分內(nèi)容包括I2C總線模塊概述、I2C總線實(shí)現(xiàn)原理、I2C總線寄存器及操作、I2C總線操作模式、I2C模塊通信的實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容。（10）CAN總線模塊部分。該部分內(nèi)容包括CAN總線模塊概述、CAN消息幀類型及格式、CAN總線消息發(fā)送、CAN總線消息接收、遠(yuǎn)程幀傳輸、位時(shí)間配置、錯(cuò)誤處理及中斷、CAN總線通信的實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容。（11）USB總線模塊部分。該部分內(nèi)容包括USB總線模塊概述、USB模塊結(jié)構(gòu)、USB模塊工作條件、邏輯傳輸模式、PS/2和CMOSI/O模式、USB人體學(xué)輸入設(shè)備的實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容。（12）通用數(shù)字塊UDB部分。該部分內(nèi)容包括通用數(shù)字塊概述、PLD模塊、數(shù)據(jù)通道模塊、狀態(tài)和控制模塊、基于PLD的自定義元件設(shè)計(jì)等內(nèi)容。（13）模擬前端模塊部分。該部分內(nèi)容包括模擬比較器、運(yùn)算放大器模塊、可編程SC/CT模塊、溫度傳感器模塊、基于混頻器的精確整流實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容。（14）ADC和DAC模塊部分。該部分的內(nèi)容包括覣DC模塊、DAC模塊、ADC測量值顯示的實(shí)現(xiàn)、IDAC值顯示的實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容。（15）電容感應(yīng)模塊部分。該部分的內(nèi)容包括電容感應(yīng)模塊的結(jié)構(gòu)、電容感應(yīng)算法、電容觸摸感應(yīng)實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容。（16）數(shù)字濾波器模塊部分。該部分的內(nèi)容包括數(shù)字濾波器模塊概述、數(shù)字濾波器模塊結(jié)構(gòu)、基于DFB的數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容。（17）RTX51Tiny操作系統(tǒng)部分。該部分的內(nèi)容包括RTX51Tiny介紹、集成RTX51Tiny到軟件設(shè)計(jì)、程序結(jié)構(gòu)及代碼分析等內(nèi)容。為了讓讀者更好地掌握相關(guān)內(nèi)容，本書每一章都給出了一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例。由于PSoC技術(shù)不斷發(fā)展，其相應(yīng)的設(shè)計(jì)資料也在不斷更新中，讀者可登錄網(wǎng)站下載最新數(shù)據(jù)手冊。本書不僅可以作為大學(xué)信息類專業(yè)的本科生、研究生的單片機(jī)、可編程片上系統(tǒng)相關(guān)課程的教學(xué)用書，也可以作為從事相關(guān)領(lǐng)域教學(xué)和科研工作者的參考用書。本書由何賓編著，王綱領(lǐng)、常曉磊、彭渤也參與了編寫工作。本書的編寫，參考了Cypress公司最新的研究成果、設(shè)計(jì)文檔等資料。Cypress公司大學(xué)計(jì)劃中國區(qū)經(jīng)理魏榮博士為本書的編寫提供了技術(shù)參考資料、PSoC3硬件開發(fā)平臺(tái)資源；Cypress公司的技術(shù)工程師對本書編寫過程中遇到的問題進(jìn)行了耐心的回答。在此，對以上人員表示深深的謝意。由于編者水平有限，編寫時(shí)間倉促，書中難免有疏漏之處，敬請讀者批評指正。編著者

內(nèi)容概要

本書共分17章，主要介紹了PSoC設(shè)計(jì)導(dǎo)論、PSoC3 CPU子系統(tǒng)、PSoC3
CPU指令系統(tǒng)、PSoC3公共資源、PSoC編程和調(diào)試接口功能、基于PSoCCreator的程序設(shè)計(jì)、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和PWM模塊、LCD顯示驅(qū)動(dòng)模塊、FC總線模塊、CAN總線模塊、USB總線模塊、通用數(shù)字塊UDB、模擬前端模塊、ADC和DAC模塊、電容感應(yīng)模塊、數(shù)字濾波器模塊和RTX51Tiny操作系統(tǒng)等內(nèi)容。
本書反映了基于Cypress公司的PSoC可編程片上系統(tǒng)發(fā)展的最新成果，理論和實(shí)踐相結(jié)合，同時(shí)給出了大量的設(shè)計(jì)實(shí)例，使讀者能掌握這一最新的設(shè)計(jì)技術(shù)，以便推動(dòng)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的創(chuàng)新。
本書可作為從事Cypress可編程片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)人員的參考用書，也可作為大學(xué)本科生和研究生教材，同時(shí)也可作為CVpress公司相關(guān)內(nèi)容的培訓(xùn)教材。
 為方便讀者學(xué)習(xí)，本書配有光盤，包含書中源程序以及一個(gè)講義課件。

書籍目錄

第1章 PSoC設(shè)計(jì)導(dǎo)論
　1.1 微控制器基礎(chǔ)
　1.1.1 微控制器的涵義
　1.1.2 微控制器編程語言
　1.2 可編程片上系統(tǒng)PSoC概述
　1.2.1 PSoC發(fā)展概述
　1.2.2 PSoC設(shè)計(jì)方法
　1.3 PSoC3設(shè)計(jì)流程
　1.3.1 硬件設(shè)計(jì)流程
　1.3.2 軟件設(shè)計(jì)流程
　1.4 PSoC3的結(jié)構(gòu)及功能
　1.4.1 數(shù)字子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能
　1.4.2 模擬子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能
　1.4.3 輸入/輸出引腳功能
　1.5 PSoC3器件概述
　1.5.1 PSoC3引腳分布
　1.5.2 PSoC3器件分類和資源
　習(xí)題
第2章 PSoC3 CPU子系統(tǒng)
　2.1 PSoC3 CPU內(nèi)核功能單元
　2.1.1 控制器
　2.1.2 運(yùn)算器
　2.1.3 特殊功能寄存器
　2.2 PSoC3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和地址空間
　2.2.1 程序存儲(chǔ)器
　2.2.2 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器
　2.2.3 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器
　2.3 DMA和PHUB結(jié)構(gòu)及功能
　2.3.1 PHUB和DMA的功能
　2.3.2 DMA優(yōu)先級及交易類型
　2.4 中斷控制器結(jié)構(gòu)及功能
　2.4.1 中斷控制器結(jié)構(gòu)原理
　2.4.2 中斷優(yōu)先級處理
　2.4.3 中斷的執(zhí)行
　習(xí)題
第3章 PSoC3 CPU指令系統(tǒng)
　3.1 PSoC3 CPU尋址模式
　3.2 PSoC3 CPU指令集
　3.2.1 算術(shù)指令
　3.2.2 邏輯指令
　3.2.3 數(shù)據(jù)傳送指令
　3.2.4 布爾指令
　3.2.5 程序分支指令
　3.3 匯編語言編程模型
　3.3.1 PSoC3匯編代碼中段的分配
　3.3.2 PSoC3匯編語言符號及規(guī)則
　3.3.3 PSoC3 匯編語言操作數(shù)描述
　3.3.4 PSoC3匯編語言控制描述
　3.3.5 PSoC3匯編程序設(shè)計(jì)
　習(xí)題
第4章 PSoC3公共資源
　4.1 時(shí)鐘管理
　4.1.1 內(nèi)部振蕩器
　4.1.2 外部振蕩器
　4.2 電源管理
　4.2.1 電源模式
　4.2.2 升壓轉(zhuǎn)化器模式
　4.3 復(fù)位
　4.3.1 復(fù)位模塊功能介紹
　4.3.2 復(fù)位源
　4.4 I/O系統(tǒng)和布線資源
　4.4.1 I/O系統(tǒng)特性
　4.4.2 I/O引腳模式
　4.4.3 I/O其他特性
　習(xí)題
第5章 PSoC編程和調(diào)試接口功能
　5.1 測試控制器
　5.1.1 測試控制器模塊結(jié)構(gòu)
　5.1.2 連接器接口
　5.1.3 JTAG與SWD接口原理
　5.2 8051片上調(diào)試
　5.2.1 片上調(diào)試模塊及特點(diǎn)
　5.2.2 串行線察看器
　5.3 非易失性存儲(chǔ)器編程
　習(xí)題
第6章 基于PSoC Creator的程序設(shè)計(jì)
　6.1 PSoC Creator軟件功能
　6.2 GPIO控制程序的設(shè)計(jì)
　6.2.1 創(chuàng)建和配置工程
　6.2.2 查看和設(shè)置公共資源
　6.2.3 用匯編語言編寫GPIO控制程序
　6.2.4 用C語言編寫GPIO控制程序
　6.2.5 輸出設(shè)計(jì)到Keil μVision IDE
　6.3 中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì)
　6.3.1 創(chuàng)建和配置工程
　6.3.2 添加IP核資源到設(shè)計(jì)
　6.3.3 IP核參數(shù)配置和連接
　6.3.4 中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì)
　6.3.5 下載并調(diào)試工程
　習(xí)題
第7章 定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和PWM模塊
　7.1 定時(shí)器模塊
　7.1.1 定時(shí)器模塊功能概述
　7.1.2 定時(shí)器模塊的應(yīng)用
　7.2 計(jì)數(shù)器模塊
　7.2.1 計(jì)數(shù)器模塊功能概述
　7.2.2 計(jì)數(shù)器模塊的應(yīng)用
　7.3 PWM模塊
　7.3.1 PWM模塊概述
　7.3.2 PWM輸出模式
　7.3.3 PWM死區(qū)控制
　7.4 PWM控制LED顯示的實(shí)現(xiàn)
　7.4.1 創(chuàng)建和配置工程
　7.4.2 編寫軟件程序
　7.4.3 編程及調(diào)試
　習(xí)題
第8章 LCD顯示驅(qū)動(dòng)模塊
　8.1 LCD的工作原理
　8.1.1 LCD物理結(jié)構(gòu)
　8.1.2 LCD液晶分類
　8.2 LCD驅(qū)動(dòng)接口概述
　8.2.1 LCD驅(qū)動(dòng)接口原理及功能
　8.2.2 LCD結(jié)構(gòu)概述和功能描述
　8.2.3 UDB和LCD控制
　8.2.4 LCD時(shí)鐘
　8.2.5 DMA和LCD控制
　8.3 LCD操作
　8.3.1 LCD操作模式
　8.3.2 活動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式
　8.3.3 配置和設(shè)置
　8.4 段式LCD顯示的實(shí)現(xiàn)
　8.4.1 段式LCD的功能
　8.4.2 段式LCD的參數(shù)配置
　8.4.3 編寫軟件程序
　8.4.4 編程及調(diào)試
　習(xí)題
第9章 I2C總線模塊
　9.1 I2C總線模塊概述
　9.2 I2C總線實(shí)現(xiàn)原理
　9.3 I2C總線寄存器及操作
　9.4 I2C總線操作模式
　9.4.1 從操作模式
　9.4.2 主/多主操作模式
　9.5 I2C模塊通信的實(shí)現(xiàn)
　9.5.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理
　9.5.2 創(chuàng)建和配置工程
　9.5.3 編寫軟件程序
　9.5.4 編程及調(diào)試
　習(xí)題
第10章 CAN總線模塊
　10.1 CAN總線模塊概述
　10.2 CAN消息幀類型及格式
　10.2.1 數(shù)據(jù)幀
　10.2.2 遠(yuǎn)程幀
　10.2.3 錯(cuò)誤幀
　10.2.4 過載幀
　10.3 CAN總線消息發(fā)送
　10.3.1 消息仲裁
　10.3.2 消息發(fā)送過程
　10.3.3 消息丟棄
　10.4 CAN總線消息接收
　10.4.1 消息接收過程
　10.4.2 接收濾波器
　10.4.3 接收消息緩沖區(qū)的鏈接
　10.5 遠(yuǎn)程幀傳輸
　10.6 位時(shí)間配置
　10.6.1 可用位速率
　10.6.2 設(shè)置TSEG1和TSEG2的位速率
　10.7 錯(cuò)誤處理及中斷
　10.8 CAN總線通信的實(shí)現(xiàn)
　10.8.1 CAN總線通信實(shí)現(xiàn)原理
　10.8.2 CAN外部接口電路
　10.8.3 系統(tǒng)內(nèi)模塊的配置
　10.8.4 編寫軟件程序
　10.8.5 編程及調(diào)試
　習(xí)題
第11章 USB總線模塊
　11.1 USB總線模塊概述
　11.2 USB模塊結(jié)構(gòu)
　11.2.1 串行接口引擎SIE
　11.2.2 仲裁器
　11.3 USB模塊工作條件
　11.4 邏輯傳輸模式
　11.4.1 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)模式
　11.4.2 直通模式
　11.4.3 控制端點(diǎn)的邏輯傳輸
　11.5 PS/2和CMOS I/O模式
　11.6 USB人體學(xué)輸入設(shè)備的實(shí)現(xiàn)
　11.6.1 人體接口設(shè)備的原理
　11.6.2 創(chuàng)建和配置工程
　11.6.3 編寫軟件程序
　11.6.4 編程及調(diào)試
　習(xí)題
第12章 通用數(shù)字塊UDB
　12.1 通用數(shù)字塊概述
　12.2 PLD模塊
　12.2.1 PLD模塊結(jié)構(gòu)
　12.2.2 PLD宏單元
　12.3 數(shù)據(jù)通道模塊
　12.4 狀態(tài)和控制模塊
　12.5 基于PLD的自定義元件設(shè)計(jì)
　12.5.1 建立PSoC工程
　12.5.2 添加自定義元件
　12.5.3 調(diào)用自定義元件
　12.5.4 配置引腳
　12.5.5 靜態(tài)時(shí)序分析
　12.5.6 編程及調(diào)試
　習(xí)題
第13章 模擬前端模塊
　13.1 模擬比較器
　13.1.1 輸入和輸出接口
　13.1.2 LUT
　13.2 運(yùn)算放大器模塊
　13.3 可編程SC/CT模塊
　13.3.1 單純的放大器
　13.3.2 單位增益
　13.3.3 可編程增益放大器
　13.3.4 互阻放大器
　13.3.5 連續(xù)時(shí)間混頻器
　13.3.6 采樣混頻器
　13.3.7 Δ-Σ調(diào)制器
　13.3.8 跟蹤和保持放大器
　13.4 溫度傳感器模塊
　13.5 基于混頻器的精確整流實(shí)現(xiàn)
　13.5.1 整流器設(shè)計(jì)原理
　13.5.2 創(chuàng)建和配置工程
　13.5.3 編寫軟件程序
　13.5.4 編程及調(diào)試
　習(xí)題
第14章 ADC和DAC模塊
　14.1 Δ-ΣADC模塊
　14.1.1 Δ-ΣADC功能
　14.1.2 操作模式
　14.2 DAC模塊
　14.3 ADC測量值顯示的實(shí)現(xiàn)
　14.3.1 創(chuàng)建和配置工程
　14.3.2 編寫軟件程序
　14.3.3 編程及調(diào)試
　14.4 IDAC值顯示的實(shí)現(xiàn)
　14.4.1 創(chuàng)建和配置工程
　14.4.2 編寫軟件程序
　14.4.3 編程及調(diào)試
　習(xí)題
第15章 電容感應(yīng)模塊
　15.1 電容感應(yīng)模塊的結(jié)構(gòu)
　15.2 電容感應(yīng)算法
　15.2.1 電容感應(yīng)Δ-Σ算法
　15.2.2 電容感應(yīng)SAR算法
　15.3 電容觸摸感應(yīng)實(shí)現(xiàn)
　15.3.1 創(chuàng)建和配置工程
　15.3.2 編寫軟件程序
　15.3.3 編程及調(diào)試
　習(xí)題
第16章 數(shù)字濾波器模塊
　16.1 數(shù)字濾波器模塊概述
　16.2 數(shù)字濾波器模塊結(jié)構(gòu)
　16.2.1 控制器
　16.2.2 FSM RAM
　16.2.3 數(shù)據(jù)通道
　16.2.4 地址計(jì)算單元
　16.2.5 總線接口和寄存器描述
　16.3 基于DFB的數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)
　16.3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述
　16.3.2 元件參數(shù)配置
　16.3.3 DMA配置向?qū)?br />　16.3.4 編寫軟件程序
　16.3.5 編程及調(diào)試
　習(xí)題
第17章 RTX51 Tiny操作系統(tǒng)
　17.1 RTX51 Tiny介紹
　17.1.1 任務(wù)定義
　17.1.2 任務(wù)管理
　17.1.3 任務(wù)切換
　17.1.4 內(nèi)核函數(shù)
　17.2 集成RTX51Tiny到軟件設(shè)計(jì)
　17.3 程序結(jié)構(gòu)及代碼分析
　17.3.1 任務(wù)結(jié)構(gòu)
　17.3.2 PWM任務(wù)
　17.3.3 ADC任務(wù)
　17.3.4 葉輪任務(wù)
　17.3.5 RTX51Tiny的調(diào)度考慮
　習(xí)題
附錄 CY8CKIT-030PSoC3硬件開發(fā)平臺(tái)原理圖

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖： （1）C代碼和匯編語言代碼的編寫通過PSoC Creator軟件提供的C語言編輯器和匯編語言編輯器，完成相關(guān)代碼的輸入。相關(guān)代碼是軟件設(shè)計(jì)中和C或匯編語言有關(guān)的代碼，比如：.h頭文件，.c文件和.A51匯編文件等。（2）建立器（Builder）當(dāng)建立工程時(shí)，將硬件設(shè)計(jì)流程中所生成的和硬件有關(guān)的代碼，與源文件編輯器所輸入的C或匯編代碼放在一起使用軟件流程進(jìn)行處理。（3）使用編譯器對C代碼和匯編代碼進(jìn)行編譯對于C代碼，軟件調(diào)用Keil提供的C51編譯器對輸入代碼進(jìn)行編譯。C51編譯器從C文件中產(chǎn)生目標(biāo)文件.obj。目標(biāo)文件可能被添加到庫中或者可能和其他文件進(jìn)行鏈接。對于匯編代碼，軟件調(diào)用Keil提供的Ax51匯編器對代碼進(jìn)行編譯。匯編器本質(zhì)是一個(gè)程序，將助記符代碼（匯編語言）翻譯成可執(zhí)行的目標(biāo)代碼。這個(gè)目標(biāo)代碼可以在8051兼容的微控制器上執(zhí)行。目標(biāo)代碼是一個(gè)特殊格式的二進(jìn)制文件，包含段的定義、外部段的定義，二進(jìn)制內(nèi)容和調(diào)試信息。

編輯推薦

《8051片上可編程系統(tǒng)原理及應(yīng)用》是Cypress PSoC設(shè)計(jì)指南系列之一。

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